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1、2022年高二物理 (人教大綱版)第二冊 第十四章 恒定電流 二、電阻定律、電阻率(第一課時)
●本節(jié)教材分析
本節(jié)的電阻定律是這一章的基本規(guī)律之一,它反映了導體的電阻與導體的長度、橫截面積及電阻率的定量關系.教材對電阻定律的講述,從學生的實際出發(fā),在學生初中已有的定性認識的基礎上,通過實驗,引入電阻率的概念,得出電阻定律.同時,還介紹了電阻率與溫度的關系.因此,做好教材安排的實驗,是順利完成這一教學任務的關鍵.
電阻率是一個反映材料導電性能的物理量.各種材料的電阻率都隨溫度而變化.金屬的電阻率隨溫度的升高而增大;半導體的電阻率隨溫度的升高而減?。怀瑢w的電阻率在溫度降到轉變溫度時突
2、然變?yōu)榱?
根據(jù)金屬的電阻率隨溫度變化制成了電阻溫度計.
●教學目標
一、知識目標
1.理解電阻定律和電阻率,能利用電阻定律進行有關的分析和計算.
2.了解電阻率與溫度的關系.
二、能力目標
1.培養(yǎng)學生通過控制變量,利用實驗抽象概括出物理規(guī)律的能力.
2.培養(yǎng)學生應用物理知識解決實際問題的能力.
三、德育目標
通過電阻溫度計的教學,培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際、學以致用的思維品質(zhì).
●教學重點
1.電阻定律.
2.利用電阻定律進行有關的分析和計算.
●教學難點
利用實驗,抽象概括出電阻定律是本節(jié)課教學的難點.
●教學方法
實驗法、分析法
●教學用具
3、
實物投影儀、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生電源、電鍵、導線若干、實驗所需合金導線、日光燈燈絲、歐姆表、酒精燈.
●課時安排
1課時
●教學過程
一、引入新課
[師]同學們在初中學過,電阻是導體本身的一種性質(zhì),導體電阻的大小決定于哪些因素?其定性關系是什么?
[生]導體電阻的大小決定于導體的長度、橫截面積和材料.同種材料制成的導體,長度越長,橫截面積越小,電阻越大.
[師]同學們在初中已經(jīng)知道了導體的電阻與材料、長度、橫截面積的定性關系,這節(jié)課讓我們用實驗定量地研究這個問題——電阻定律 電阻率
二、新課教學
[師]介紹固定在膠木板上的四根合金導線L1、L2、L3、L
4、4的特點.
(1)L1、L2為橫截面積相同、材料相同而長度不同的合金導線(鎳鉻絲)
(2)L2、L3為長度相同、材料相同但橫截面積不同的合金導線(鎳鉻絲)
(3)L3、L4為長度相同、橫截面積相同但材料不同的合金導線(L3為鎳鉻絲,L4為康銅絲)
[演示]電阻與導體長度、橫截面積的定量關系.
(1)按下圖連接成電路.
(2)研究導體電阻與導體長度的定量關系.
[師]將與A、B連接的導線分別接在L1、L2兩端,調(diào)節(jié)變阻器R,保持導線兩端的電壓相同并測出電流.比較通過L1、L2電流的不同,得出導線電阻與導線長度的定量關系.
[生]從實驗知道,電流與導線的長度成反比.根據(jù)歐姆定律
5、,在電壓相同的條件下,導線中的電流與它的電阻成反比.經(jīng)過分析推理可知,在導線材料、橫截面積相同的條件下,導線的電阻與導線的長度成正比.
(3)研究導體電阻與導體橫截面積的定量關系.
[師]將與A、B連接的導線分別接在L2、L3兩端,調(diào)節(jié)變阻器R,保持導線兩端的電壓相同并測出電流.比較通過L2、L3電流的不同,得出導線電阻與導線橫截面積的定量關系.
[生]從實驗知道,電流與導線的橫截面積成正比.而在電壓相同的條件下,電流與電阻成反比,經(jīng)過分析推理可知,在導線的長度和材料相同的條件下,導線的電阻與橫截面積成反比.
(4)研究導體的電阻與導體材料的關系.
[師]將與A、B連接的導線分別接在
6、L3、L4兩端,重做以上實驗.
[生]從實驗知道,電流與導體的材料有關.經(jīng)過分析推理,導線的電阻與導線的材料性質(zhì)有關.
師生共同活動:概括歸納出電阻定律.
(1)電阻定律的內(nèi)容:導體的電阻R跟它的長度l成正比,跟它的橫截面積S成反比.這就是電阻定律.
(2)電阻定律的公式:
R=ρ
[師]介紹比例常數(shù)ρ.
(1)比例常數(shù)ρ跟導體的材料有關,是一個反映材料導電性能的物理量,稱為材料的電阻率.
(2)電阻率的物理意義:材料的電阻率在數(shù)值上等于這種材料制成的長為1 m、橫截面積為1 m2的導體電阻.
(3)電阻率的單位:在國際單位制中,R的單位是Ω,l的單位是m,S的單位是m2,所
7、以ρ的單位是Ω·m.
[投影]幾種導體材料在20 ℃時的電阻率.
材料
ρ/Ω·m
銀
1.6×10-8
銅
1.7×10-8
鋁
2.9×10-8
鎢
5.3×10-8
鐵
1.0×10-7
錳銅合金
4.4×10-7
鎳銅合金
5.0×10-7
鎳鉻合金
1.0×10-6
錳銅合金:85%銅,3%鎳,12%錳.
鎳銅合金:54%銅,46%鎳.
鎳鉻合金:67.5%鎳,15%鉻,16%鐵,1.5%錳.
[師]從上表可知,金屬與合金哪種材料的電阻率大?
[生]從表中可以看出,合金的電阻率大.
[師]制造輸電電纜和線繞電阻時,怎樣選擇材料的電
8、阻率?
[生]制造輸電電纜時應選用電阻率小的鋁或銅來做.制造線繞電阻時應選擇電阻率大的合金來制作.
[師]各種材料的電阻率都隨溫度而變化.金屬的電阻率跟溫度有什么關系呢?
[演示]研究金屬的電阻率跟溫度的關系.
將日光燈燈絲(額定功率為8 W)與演示用歐姆表調(diào)零后連接成上圖電路,觀察用酒精燈加熱燈絲前后,歐姆表示數(shù)的變化情況,說明了什么道理?
[生]當溫度升高時,歐姆表的示數(shù)變大,表明金屬的電阻隨溫度的升高而增大,或金屬的電阻率隨溫度的升高而增大.
[師]介紹電阻溫度計的主要構造、工作原理.
(1)工作原理:電阻溫度計是利用金屬的電阻隨溫度變化制成的.
(2)主要構造:指示
9、儀表、連接導線、熱電阻(鉑).
請同學們思考:錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小,怎樣利用它們的這種性質(zhì)?
[生]利用它們的這種性質(zhì),常用來制作標準電阻.
[師]有些材料的電阻率隨溫度的升高而減小,下節(jié)課學習這部分內(nèi)容.
三、小結
本節(jié)課主要學習了以下幾個問題:
1.電阻定律R=ρ.
2.電阻率是反映材料導電性能的物理量.
材料的電阻率隨溫度的變化而改變:金屬的電阻率隨溫度的升高而增大;半導體材料的電阻率隨溫度的升高而減小;而某些合金的電阻率隨溫度變化極小.
四、作業(yè)
1.練習二(1)、(2)、(3)、(4)
2.查閱資料,了解滑動變阻器的兩種連接方法:分壓式接法和
10、限流式接法.
3.預習“測定金屬的電阻率”分組實驗.
五、板書設計
六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計
1.一只“220 V、100 W”的燈泡工作時電阻為484 Ω,拿一只同樣的燈泡來測量它不工作時的電阻,下列說法中正確的是
A.小于484 Ω B.大于484 Ω
C.等于484Ω D.無法確定
2.一段粗細均勻的鎳鉻絲,橫截面的直徑是d,電阻是R,把它拉制成直徑為的均勻細絲后,它的電阻變?yōu)?
A.10000 R B.R/10000
C.100 R D.R/100
3.一個標有“220 V、60
11、 W”的白熾燈泡,加上的電壓U由0逐漸增大到220 V,在此過程中,電壓U和電流I的關系可用圖線表示,在圖中所給的四個圖線中,肯定不符合實際的是
4.在示波器的示波管中,當電子槍射出的電流達到5.6 μA時,每秒鐘從電子槍發(fā)射的電子數(shù)目有多少?電流的方向如何?
5.現(xiàn)有半球形導體材料,接成左下圖所示兩種形式,則兩種接法的電阻之比Ra∶Rb=_______
6.在相距40 km的A、B兩地架兩條輸電線,電阻共為800 Ω,如果在A、B間的某處發(fā)生短路,這時接在A處的電壓表示數(shù)為10 V,電流表的示數(shù)為40 mA,求發(fā)生短路處距A處有多遠?如右上圖所示.
參考答案:
1.A
12、 2.A 3.ACD
4.3.5×1013個,電流方向與電子運動的方向相反.
5.1∶4
解析:將半球形導體可再等分成兩塊球形材料,假設每球形材料相當于用同種材料制成的長為球半徑r、截面積為S的電阻R,則圖(a)中的連接方式相當于長為r,面積為2S的等效電阻,故Ra=ρ;圖(b)中的連接方式相當于長為2r,面積為S的等效電阻,故
Rb=ρ=2R
Ra∶Rb=1∶4
6.12.5 km
解析:設發(fā)生短路處距離A處有x m,據(jù)題意知,A、B兩地間的距離l=40 km,電壓表的示數(shù)U=10 V,電流表的示數(shù)I=40 mA=40×10-3A,R總=800 Ω.
根據(jù)歐姆定律I=可得:A端到短路處的兩根輸電線的電阻Rx
Rx=Ω=250 Ω ①
根據(jù)電阻定律可知:
Rx=ρ ②
A、B兩地輸電線的電阻為R總,R總=ρ ③
由②/③得
解得x=×40 km=12.5 km